(57)【要約】【課題】本発明は、コンタミシールにおいては、流体密封に比べて完全密封が必要でないことに鑑み、シール部の接触面積を少なくし、かつ、密封流体の圧力で破損しないシール部形状を有するシールリングを採用することにより、省スペースで低フリクションのコンタミシール装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のコンタミシール装置は、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のシールリングを備えた密封装置において、シールリングの断面形状を、四角形であって摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とし、該テーパ部に高圧側流体が作用するように配置されていることを特徴としている。【選択図】図１
2011024523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のシールリングを備えた密封装置において、シールリングの断面形状を、四角形であって摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とし、該テーパ部に高圧側流体が作用するように配置されていることを特徴とするコンタミシール装置。
【請求項２】
シールリングと該シールリングを装着するリング状溝との間に弾性材を介在させ、弾性材でシールリングを支持するようにしたことを特徴とする請求項１記載のコンタミシール装置。
【請求項３】
シールリングを装着するリング状溝の幅をシールリングの幅の０．９２〜０．９８とすることを特徴とする請求項１または２記載のコンタミシール装置。
【請求項４】
シールリングの高圧側に位置する側面にＯリングを装着することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンタミシール装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンタミシール装置を容量制御弁に組込むことを特徴とするコンタミシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のシールリングを備えたコンタミシール装置に関するものである。本発明のコンタミシール装置は、例えば、ソレノイドバルブにおける往復動部をシールする装置として用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ソレノイドバルブのバルブとボディ間隘路において、外部からコンタミが侵入し作動不良を起こすことがあった。コンタミ侵入防止のため同部においてシール機構を設置する場合があるが、従来公知の通常のパッキン等を使用すると密封性に重点をおいているため、フリクションが高くなってしまうという問題があった。また、密封流体の圧力が変化するとフリクションが変動してしまうという問題もあった。
フリクションを下げるには、図９に示すようなリップ摺動部の低摺動化を図った断面Ｘ字形を呈するＸリング（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）を用い、リップ摺動部の面積を小さくすればよいが、一定以上の圧力を密封するためには差圧で破損しない程度のシール肉厚が必要であった。【０００３】
一方、密封対象流体の圧力が変化した場合においてもフリクションの変化を抑制して安定した密封性能を維持することを目的としたものとして図１０に示すような発明（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献２参照。）が知られている。
従来技術２のものは、シールリングの他にサイドリングおよびバックリングを装着し、密封対象流体の圧力が変化した場合でもサイドリングによりバックリングに作用する流体圧力を遮断し、バックリング変形を防止することにより、シールリングのフリクションの変化を抑制するものであるため、部品点数が多く、必要となるスペースも大きくなるという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６２７９号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、コンタミシールにおいては、流体密封に比べて完全密封が必要でないことに鑑み、シール部の接触面積を少なくし、かつ、密封流体の圧力で破損しないシール部形状を有するシールリングを採用することにより、省スペースで低フリクションのコンタミシール装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制できるコンタミシール装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することを目的とする。
本発明において、コンタミシールとは、密封流体中に含まれる汚染物質をシールするという意味であり、密封流体を完全にシールするものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明のコンタミシール装置は、第１に、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のシールリングを備えた密封装置において、シールリングの断面形状を、四角形であって摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とし、該テーパ部に高圧側流体が作用するように配置されていることを特徴としている。【０００７】
第１の特徴により、省スペースで低フリクションのコンタミシール装置を提供することができる。【０００８】
また、本発明のコンタミシール装置は、第２に、第１の特徴において、シールリングと該シールリングを装着するリング状溝との間に弾性材を介在させ、弾性材でシールリングを支持するようにしたことを特徴としている。
第２の特徴により、第１の特徴の効果に加えて、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。【０００９】
また、本発明のコンタミシール装置は、第３に、第１または第２の特徴において、シールリングを装着するリング状溝の幅をシールリングの幅の０．９２〜０．９８とすることを特徴としている。
第３の特徴により、第１の特徴の効果に加えて、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。【００１０】
また、本発明のコンタミシール装置は、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、シールリングの高圧側に位置する側面にＯリングを装着することを特徴としている。
第４の特徴により、第１の特徴の効果に加えて、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。
また、本発明のコンタミシール装置は、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴のコンタミシール装置を容量制御弁に組込むことを特徴としている。
第５の特徴により、容量制御弁の外径を大きくすることなく、弁体とバルブハウジングとの間の微小隙間に異物が挟まることを防止でき、その結果、容量制御弁のソレノイドの推力を大きくする必要がない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のシールリングを備えた密封装置において、シールリングの断面形状を、四角形であって摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とし、該テーパ部に高圧側流体が作用するように配置されていることにより、省スペースで低フリクションのコンタミシール装置を提供することができる。
（２）シールリングと該シールリングを装着するリング状溝との間に弾性材を介在させ、弾性材でシールリングを支持するようにしたことにより、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。
（３）シールリングを装着するリング状溝の幅をシールリングの幅の０．９２〜０．９８とすることにより、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。【００１２】
（４）シールリングの高圧側に位置する側面にＯリングを装着することにより、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制でき、使用温度範囲全域において密封性を保持することのできるコンタミシール装置を提供することができる。
（５）本発明のコンタミシール装置を容量制御弁に組込むことにより、容量制御弁の外径を大きくすることなく、弁体とバルブハウジングとの間の微小隙間に異物が挟まることを防止でき、その結果、容量制御弁のソレノイドの推力を大きくする必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコンタミシール装置を示す正面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るコンタミシール装置を用いた場合のフリクション試験の結果を示したものである。
【図４】本発明の実施の形態３に係り、実施の形態２に係るコンタミシール装置を容量制御弁に適用した場合を示す正面断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図である。
【００１４】
【図７】シールリング側面をシールしない場合と、本発明の実施の形態５に係るコンタミシール装置のようにシールリング側面をＯリングでシールする場合との、圧力変動とフリクションとの関係を説明する説明図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係るコンタミシール装置を容量制御弁に適用した場合を示す正面断面図である。
【図９】従来技術１に係るＸリングを示す正面断面図である。
【図１０】従来技術２を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るコンタミシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。  
【００１６】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施の形態１に係るコンタミシール装置を示す正面断面図である。
互いに対向する二部材、すなわち、内側に位置する部材１および外側に位置する部材２のうち、内側に位置する部材１にシールリング３を装着するためのリング状溝５が設けられている。シールリング３は環状をしており、その断面形状は、四角形であって摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とされており、該テーパ部４に高圧側流体が作用するように配置されている。また、シールリング３は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの−４０〜１５０℃の温度範囲で使用可能な材料から形成される。
【００１７】
図１に示した例では、シールリング３の外側が摺動面を形成し、内側が内側に位置する部材１に形成されたリング状溝５に装着されてリング状溝５内面と密接している。一方、図１とは反対に、シールリング３の内側が摺動面を形成し、その外側が外側に位置する部材に形成されたリング状溝に装着されてリング状溝内面と密接するようにしてもよい。いずれの場合でも、シールリング３の摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とされており、該テーパ部４に高圧側流体が作用するように配置される。
このように、本発明の実施の形態１に係るシールリング３は、シール部の接触面積を少なくし、かつ、密封流体の圧力で破損しない摺動部形状を有するシールリングとすることにより、省スペースで摺動部が低フリクションのコンタミシール装置を提供できる。
本発明におけるコンタミシールは、摺動部において、密封流体中に含まれる汚染物質をシールする（密封流体を完全にシールするものではない。）ものであるが、シールリング３の側面については必ず密封流体を完全にシールする必要があることはいうまでもない。
【００１８】
〔実施の形態２〕
図２は、本発明の実施の形態２に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図であって、シールリング３は図１の実施の形態１と同じであり、図１と同じ部材には同じ符号を付している。
シールリング３と、これを収納するリング状溝５内面との間に、弾性材６を充填する。  弾性材６としては、−４０〜１５０℃の温度範囲で弾力性を有する公知の材料が用いられる。このように、シールリング３を弾性材６を介して支持することにより、例えば比較的弾性に乏しいＰＴＦＥ製のシールリングを用いた場合でも、シールリング３が圧力変化に追随して変位できるから、密封流体の圧力が変化することによる摺動部のフリクションの変化を抑制することができる。  
【００１９】
図３は、実施の形態２におけるフリクション試験の結果を示したものである。試験条件は、シール径φ＝４．８ｍｍ、締め代は０．０３ｍｍとした。
この図から、実施の形態２におけるシールリング３を弾性材６を介して支持した場合、密封流体の圧力が大きくなっても、摺動部のフリクションは密封流体の圧力変化に比例せず、わずかな増加にとどまっていることがわかる。
【００２０】
〔実施の形態３〕
図４は、実施の形態２に係る、シールリング３とリング状溝５内面との間に弾性材６を充填したコンタミシール装置を、容量制御用弁に適用した場合を示す正面断面図である。
この例では、ソレノイド１０により左右方向に往復駆動される弁体１１とバルブハウジング１２との間であって、低圧側１３と高圧側１４との間の隘路１５にシールリング３を装着し、低圧側１３へのコンタミ汚染を防止するものである。
シールリング３は、弁体１１に設けられたリング状溝１６内に装着されており、シールリング３の摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とされており、該テーパ部４に高圧側流体が作用するように配置されている。
このように、コンタミシール装置が省スペースで低フリクションであるため、容量制御弁の外径を大きくすることなく、弁体１１とバルブハウジング１２との間の微小隙間に異物が挟まることを防止できる。その結果、容量制御弁のソレノイドの推力を大きくする必要もない。また、密封流体圧力が変化してもフリクションの変動を抑制することができる。
【００２１】
〔実施の形態４〕
図５は、本発明の実施の形態４に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図であって、シールリング３は図１の実施の形態１と同じであり、図１と同じ部材には同じ符号を付している。
密封流体の圧力が変化しても摺動部のフリクションの変化を抑制するためには、シールリング３の側面の密封性を高める必要がある。また、使用温度全域、具体的には−４０〜１５０℃の温度範囲において密封性を保持する必要がある。
このため、シールリング３を収納支持するリング状溝５の幅Ｂをシールリング３の幅の０．９２〜０．９８の範囲に設定するのが望ましい。より望ましくは、リング状溝５の幅Ｂをシールリング３の幅の０．９５に設定するのがよい。
このように設定すると、シールリング３とこれを収容し支持する部材との間に熱膨張の差が生じてもシールリング３側面の密封性を保持することができる。
なお、図５では、シールリング３底面と、これを収納するリング状溝５内面との間に、弾性材６を充填した場合を示しているが、弾性材６がない場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００２２】
〔実施の形態５〕  
図６は、本発明の実施の形態５に係るコンタミシール装置の要部を示す正面断面図であって、シールリング３は図１の実施の形態１と同じであり、図１と同じ部材には同じ符号を付している。
密封流体の圧力が変化しても摺動部のフリクションの変化を抑制するためには、シールリング３の側面の密封性を高める必要がある。また、使用温度全域、具体的には−４０〜１５０℃の温度範囲において密封性を保持する必要がある。
このため、シールリング３の高圧側に位置する側面とこれを収容支持するリング状溝５との間にＯリング７を組み込む。
このようにＯリング７を組み込むことにより、シールリング３とこれを収容し支持する部材との間に熱膨張の差が生じてもシールリング３側面の密封性を保持することができるとともに、密封流体の圧力が変化しても側面の摩擦抵抗により摺動部のフリクションの変化を抑制することができる。
なお、図６では、シールリング３底面と、これを収納するリング状溝５内面との間に、弾性材６を充填しない場合を示しているが、弾性材６があってもよい。
【００２３】
図７は、シールリング側面をシールしない場合と、本発明の実施の形態５に係るコンタミシール装置のようにシールリング３側面をＯリングでシールする場合とにおける、圧力変動とフリクションとの関係を説明する説明図である。
（ａ）図に示すように、シールリング側面にシールがない場合は、シールリングの内周側に圧力が印加され、内周側を広げる力が生じることはもちろん、シールリング３の外周側にも圧力が印加され、外周側を縮める力が生じる。しかし、外周側の摺動部には圧力が印加されないため、圧力印加される表面積の差により摺動部の表面積×印加圧力の力が摺動部に発生する。この力は圧力に依存している。このため、圧力の変化により摺動部のフリクションが変化してしまう。
【００２４】
圧力が変化しても摺動部のフリクションの変化を抑制するには、（ｂ）図のように、シールリング３の高圧側に位置する側面をＯリングによりシールし、ハッチング部に圧力が作用しないようにすればよい。
（ｃ）図に示すように、Ｏリングによりシールリングの高圧側をシールした場合、シールリングの側面部に発生する力によりシールリングの内径側は縮み、外径側が広がるため、内外径寸法が変化するが、シールリングの外周側の圧力により外周側を縮める力が生じるため、シールリングの径方向の変位が阻害され、結果として、密封流体の圧力変化に伴う摺動部のフリクションの変化を抑制することになる。
【００２５】
〔実施の形態６〕
図８は、実施の形態５に係るシール装置を、容量制御用弁に適用した場合を示す正面断面図である。
この例では、ソレノイド１０により左右方向に往復駆動される弁体１１とバルブハウジング１２との間であって、低圧側１３と高圧側１４との間の隘路１５にシールリング３およびＯリング７を装着し、低圧側１３へのコンタミ汚染を防止するものである。
シールリング３およびＯリング７は、弁体１１に設けられたリング状溝１６内に装着されており、シールリング３の摺動部の面が高圧側に低く低圧側に高く形成されたテーパを有する形状とされており、該テーパ部４に高圧側流体が作用するように配置されている。
このように、コンタミシール装置が省スペースで低フリクションであるため、容量制御弁の外径を大きくすることなく、弁体１１とバルブハウジング１２との間の微小隙間に異物が挟まることを防止できる。その結果、容量制御弁のソレノイドの推力を大きくする必要もない。また、密封流体の圧力が変化しても摺動部のフリクションの変化を抑制でき、さらに、使用温度全域、具体的には−４０〜１５０℃の温度範囲において密封性を保持することができる。
【００２６】
本発明におけるコンタミシールは、摺動部において、密封流体中に含まれる汚染物質をシールする（密封流体を完全にシールするものではない。）ものであるが、シールリング３の側面とこれを収納支持する部材との間については、必ず密封流体を完全にシールする必要があることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１    内側に位置する部材
２    外側に位置する部材
３    シールリング
４    テーパ部
５    リング状溝
６    弾性材
７    Ｏリング
１０   ソレノイド  
１１   弁体
１２   バルブハウジング
１３   低圧側
１４   高圧側
１５   隘路
１６   リング状溝
Ｂ     リング状溝の幅
【図１】
2011024523.tif 000003
【図２】
2011024523.tif 000004
【図３】
2011024523.tif 000005
【図４】
2011024523.tif 000006
【図５】
2011024523.tif 000007
【図６】
2011024523.tif 000008
【図７】
2011024523.tif 000009
【図８】
2011024523.tif 000010
【図９】
2011024523.tif 000011
【図１０】
2011024523.tif 000012
【国際調査報告】
2011024523.tif 000013
2011024523.tif 000014
2011024523.tif 000015
2011024523.tif 000016